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31.07.14 | Artikel der Salzgitter Mannesmann Forschung

Neue Wasserkühlstrecke für den Warmwalzsimulator HoRST

Produktionsnahe Entwicklung von Walz- und Kühlstrategien

Der Warmwalzsimulator HoRST (Hot Rolling Simulation and Testing) in Duisburg wird vorwiegend für Untersuchungen neuer Legierungskonzepte und die Entwicklung von Walzstrategien zur Herstellung von Grobblechen mit dem Schwerpunkt Röhrenstähle eingesetzt. Der Einbau einer Wasserkühlstrecke im Auslaufbereich des Warmwalzsimulators eröffnet die Möglichkeit, Walz- und Kühlstrategien für Grobblechwalzwerke produktionsnah nachzubilden, um industrielle Simulationen für die Entwicklung neuer Stähle bzw. für die erhöhten Anforderungen an die Werkstoffeigenschaften industrielle Simulationen durchzuführen. 

Durch die gezielte Variation unterschiedlicher Stichplan- und Kühlparameter in einer Versuchsanlage können die erzielbaren Werkstoffeigenschaften eingehend untersucht werden. Hierdurch können in den Walzbetrieben kosten- und zeitaufwändige Versuchswalzungen eingespart und die mit der Wasserkühlstrecke gewonnenen Erkenntnisse direkt in Praxis umgesetzt werden.  

Für Kühlstrecken in Warmwalzwerken kommen unterschiedliche Kühltechniken zum Einsatz, die in drei Gruppen eingeteilt werden können: 

  • laminare Wasservorhänge (z. B. Salzgitter Mannesmann Grobblech, Mülheim) 
  • laminare U-Rohr-Kühlung (z. B. Ilsenburger Grobblech, Ilsenburg)
  • Spritzkühlung mit erhöhtem Druck (z. B. Baosteel, Shanghai/China)

 

Die Wasserkühlstrecke mit einer Gesamtlänge von ca. 5 m wurde daher modular aufgebaut und in vier Kühlsegmente mit je zwei unteren und oberen Wasserkästen unterteilt, um in den einzelnen Kühlsegmenten wahlweise unterschiedliche Kühltechniken einsetzen zu können. Somit können in einem Durchgang sowohl eine Spritzkühlung (hoher Wasserdruck) als auch eine Laminarkühlung (niedriger Wasserdruck) gleichzeitig miteinander kombiniert werden. Da beide Kühltechniken unterschiedliche Abstände zum Walzgut erfordern, wurden zwei höhenverstellbare Tragrahmenkonstruktionen für die oberen Wasserkästen vorgesehen (Bild 1).

Bild 1: Seitenansicht der Kühlstrecke mit zwei oberen U-Rohr-Kühlkästen und vier oberen Spritzkühlungskästen (Aufbauphase)

Der modulare Aufbau der Intensivkühlstrecke mit wahlweise laminarer Kühlung und/oder Spritzkühlung erfordert die Bereitstellung ausreichender Wassermengen mit einem einstellbaren Betriebsdruck. Für die Wasserversorgung kommen drei frequenzgeregelte Tauchpumpen mit einem maximalen Betriebsdruck von ca. 8 bar zum Einsatz, um Fördermengen bis zu 10 m³/ min. bereitzustellen. Für die benötigten Wassermengen wurde ein Wasservorratsbecken mit einem Fassungsvermögen von 120 m³ errichtet, das sich außerhalb des Hallengebäudes befindet. Die Pumpen fördern das Kühlwasser bei Bedarf mit zwei unterschiedlichen Druckstufen in zwei Wasserzufuhrleitungen DN300 zur Kühlstrecke. Das Kühlwasser wird nach der Kühlung in einer Rohrleitung DN500 wieder in das Wasservorratsbecken zurückgeführt. 

Untersuchungen zur Zwischenkühlung dickerer Bleche in der Wasserkühlstrecke nach einer ersten Walzphase sind ebenso möglich wie eine Intensivkühlung am Ende des Walzprozesses. Weiterhin können die maximal erreichbaren Kühlraten bei unterschiedlichen Kühlvarianten ermittelt werden, um die erforderlichen Kühlparameter für Produktionsanlagen festzulegen. Dies ermöglicht auch eine Bewertung der Kühlwirkung unterschiedlicher Kühltechniken (Laminar- und Spritzwasserkühlung)durch einen direkten Vergleich der erzielten Kühlraten bei sonst gleichen Randbedingungen. Neben der Wasserbeaufschlagungsdichte sind der Abstand der Kühleinrichtung zum Walzgut, die Aufbringungsart und der eingestellte Wasserdruck die wesentlichen Parameter für entsprechende Untersuchungen. Zur Einstellung unterschiedlicher Durchflussmengen sind in jedem Zuleitungsstrang der oberen und unteren Kühlkästen Schieberventile und Durchflussmesser vorhanden (Bild 2). 

Die Kühlstrecke wurde in Kooperation mit der SMS Siemag AG errichtet. SMS übernahm die Konstruktion, Fertigung und Montage der Kühlstrecke sowie die Installation der Pumpen, Ventilstände und der Steuerungstechnik.

Bild 2: Rohrzuleitungen zu den oberen und unteren Kühlkästen mit Schiebern und Durchflussmessern für jeden Strang